F-函数扩展法求解超介质中的亮孤子和暗孤子

利用F-函数扩展法求解超介质中的超短脉冲传输方程, 探讨了超介质中的反常自陡效应和特有的二阶非线性色散效应所导致的新的孤子现象和规律. 结果表明, 正折射区的二阶非线性色散效应可以代替线性色散效应形成亮孤子; 正、负折射区的反常自陡效应由于其符号可改变, 从而可在特定条件下分别在反常色散和正常色散区形成有别于常规介质的亮、暗孤子; 反常自陡效应的符号或者反常自陡效应和三阶线性色散效应的相互比较关系能够控制亮、暗孤子中心的漂移方向. 关键词： 孤子 超介质 F-函数扩展法     

拉曼效应对负折射介质中超短脉冲传输的影响

通过数值法对包含拉曼延迟响应的(3+1)维非线性薛定谔方程进行求解,研究了超短脉冲激光在负折射介质中传输时拉曼效应对自聚焦传输特性的影响,着重分析其不同与常规介质的反常传输现象.结果表明:由于负的折射率影响,拉曼效应将导致超短脉冲在自聚焦过程中频谱发生蓝移现象,这与常规介质对应情形相反;而它对负折射介质中超短脉冲的自聚焦特性的影响与常规介质相同,即拉曼效应将诱导自聚焦效应首先发生在脉冲的前沿.本文研究工作对将来利用负折射介质来操控超短光脉冲串产生、自聚焦等许多实际应用领域研究具有重要的指导意义.     

负折射介质中可控自陡峭效应对孤子传输的影响

研究了具有非线性极化的负折射介质中孤子脉冲的传输特性,着重分析了在常规非线性传输模型中不曾出现的由负折射介质色散磁导率导致的可控自陡峭效应对孤子传输的影响.结果表明,与正自陡峭效应一样,负自陡峭效应同样造成孤子脉冲的非对称、中心偏移和高阶孤子衰减,但脉冲偏移的方向与正自陡峭效应情形相反.此外,利用可控自陡峭效应可以从某种程度上抵消三阶色散效应导致的孤子脉冲偏移,从而实现孤子脉冲中心的无偏移传输.     

色散磁导率对异向介质中的调制不稳定性的影响

基于Drude模型研究了异向介质的色散磁导率对调制不稳定性的影响. 结果表明，在反常色散情形，赝五阶非线性在异向介质的负折射区中增大了调制频谱的范围及增益值，这与常规正折射介质中出现的现象正好相反；自陡峭效应在异向介质中有可能为负值，但无论正负，也无论在正折射区还是负折射区，它都抑制调制不稳定性的产生；二阶非线性色散效应在正、负折射区中分别促进和抑制调制不稳定性的产生. 在正常色散情形，由于二阶非线性色散效应的作用，使本来在常规正折射介质中不可能出现的调制不稳定性现象也能出现，这一特性为在正常色散区形成孤     

色散磁导率对异向介质中的调制不稳定性的影响

基于Drude模型研究了异向介质的色散磁导率对调制不稳定性的影响. 结果表明,在反常色散情形,赝五阶非线性在异向介质的负折射区中增大了调制频谱的范围及增益值,这与常规正折射介质中出现的现象正好相反;自陡峭效应在异向介质中有可能为负值,但无论正负,也无论在正折射区还是负折射区,它都抑制调制不稳定性的产生;二阶非线性色散效应在正、负折射区中分别促进和抑制调制不稳定性的产生. 在正常色散情形,由于二阶非线性色散效应的作用,使本来在常规正折射介质中不可能出现的调制不稳定性现象也能出现,这一特性为在正常色散区形成孤 关键词： 异向介质 调制不稳定性 色散磁导率 二阶非线性色散     

超常介质中暗孤子的形成和传输特性研究

利用一种扩展的双曲函数级数方法求解超常介质中的传输方程，得到了各种不同情形下的暗孤子解，分析了可控自陡效应和二阶非线性色散效应对孤子形成和传输特性的影响.结果表明，超常介质中负的自陡效应使得暗孤子的中心位置随传输距离向脉冲前沿方向漂移，与常规介质中自陡效应(恒为正)的作用相反；特别是，由于二阶非线性色散的作用，使得在没有线性群速度色散的情形下同样可形成孤子，而且在反常线性色散情形也可形成暗孤子.     

高阶效应对超短艾里-高斯脉冲相互作用的影响

本文运用分步傅里叶变换,对满足高阶耦合非线性薛定谔方程的超短艾里脉冲与超短高斯脉冲,利用MATLAB数值模拟了在高阶效应下两脉冲相互作用后的演化过程以及时域上的强度变化。结果表明：负三阶色散效应使超短脉冲相互作用能传输更远距离;正三阶色散效应会减慢超短脉冲相互作用的传输。自陡峭效应通过孤子分裂现象的形式使超短脉冲相互作用产生时域位移,内拉曼效应可以将超短脉冲相互作用的能量由前沿处转移到后沿处。     

高阶效应对超短艾里-高斯脉冲相互作用的影响

本文运用分步傅里叶变换,对满足高阶耦合非线性薛定谔方程的超短艾里脉冲与超短高斯脉冲,利用MATLAB数值模拟了在高阶效应下两脉冲相互作用后的演化过程以及时域上的强度变化。结果表明：负三阶色散效应使超短脉冲相互作用能传输更远距离;正三阶色散效应会减慢超短脉冲相互作用的传输。自陡峭效应通过孤子分裂现象的形式使超短脉冲相互作用产生时域位移,内拉曼效应可以将超短脉冲相互作用的能量由前沿处转移到后沿处。     

高阶效应对超短艾里-高斯脉冲相互作用的影响

本文运用分步傅里叶变换,对满足高阶耦合非线性薛定谔方程的超短艾里脉冲与超短高斯脉冲,利用MATLAB数值模拟了在高阶效应下两脉冲相互作用后的演化过程以及时域上的强度变化.获得了负三阶色散效应使超短脉冲相互作用能传输更远距离;正三阶色散效应会减慢超短脉冲相互作用的传输.自陡峭效应通过孤子分裂现象的形式使超短脉冲相互作用产生时域位移.内拉曼效应可以将超短脉冲相互作用的能量由前沿处转移到后沿处.     

超常介质中精确的亮暗类孤子的传输特性

基于超常介质中超短脉冲传输的非线性薛定谔方程,解析得到了两种精确的亮、暗类孤子解,并详细讨论了在超常介质中该亮、暗类孤子的存在条件和传输特性.结果发现,在自散焦超常介质的正、负折射区域,该类亮孤子可以存在于反常色散区,这与常规介质中亮孤子存在于自散焦介质中的正常色散区不同;而在自聚焦超常介质的反常色散区,该类暗孤子可以存在于正、负折射率区,在自散焦超常介质的反常色散区,该类暗孤子仅存在于负折射区间.此外,我们数值研究了该类亮、暗孤子的存在条件不能严格满足时的传输稳定性,结果显示,在一定的归一化频率区间,该类亮、暗孤子都能够较稳定地传输.     

飞秒啁啾Gauss型脉冲在稠密Λ型三能级原子介质中的传播

利用由预估校正(PC)- 时域有限差分(FDTD)法求得的不含慢变包络近似(SVEA)和旋转波近似(RWA)的全波Maxwell-Bloch方程的数值解, 研究了飞秒啁啾Gauss型激光脉冲(以下简称啁啾脉冲)在稠密Λ型三能级原子介质中的传播.研究表明,啁啾系数(C)的正负及大小的变化对脉冲传播特性有显著的影响,而且这个影响与脉冲面积的大小密切相关.面积小于4π的啁啾脉冲,在介质中传播时不发生分裂,且啁啾脉冲逐渐演化为一个近似的无啁啾(C=0)脉冲,这一特点不随啁啾系数的改变而     

Electromagnetic enhancement in lossy optical transition metamaterials

We investigate the effect of anomalous field enhancement in metamaterials (MMs) where the effective refractive index gradually changes from positive to negative values, i.e., transition MMs. We demonstrate that considerable field enhancement can be achieved in lossy optical transition MMs that have electromagnetic material properties obtained from experimental data. The field enhancement factor is found to be polarization dependent and largely determined by the material parameters and the width of the transition layer.     

Ultrashort pulse breaking in optical fiber with third-order dispersion and quintic nonlinearity

The optical wave breaking （OWB） characteristics in terms of the pulse shape, spectrum, and frequency chirp, in the normal dispersion regime of an optical fiber with both the third-order dispersion （TOD） and quintic nonlinearity （QN） are numerically calculated. The results show that the TOD causes the asymmetry of the temporal- and spectral-domain, and the chirp characteristics. The OWB generally appears near the pulse center and at the trailing edge of the pulse, instead of at the two edges of the pulse symmetrically in the case of no TOD. With the increase of distance, the relation of OWB to the TOD near the pulse center increases quickly, leading to the generation of ultra-short pulse trains, while the OWB resulting from the case of no TOD at the trailing edge of the pulse disappears gradually. In addition, the positive （negative） QN enhances （weakens） the chirp amount and the fine structures, thereby inducing the OWB phenomena to appear earlier （later）. Thus, the TOD and the positive （negative） QN are beneficial （detrimental） to the OWB and the generation of ultra-short pulse trains.     

强脉冲信号在光纤参变放大器中的放大特性研究

考虑到抽运损耗、走离、色散和非线性等效应,用分步傅里叶方法求解耦合的非线性薛定谔方程组,就强脉冲信号在连续光抽运光纤参变放大器中的放大情况进行了理论研究。研究结果表明,强脉冲信号除经历振幅放大,脉冲时域展宽等过程外,还会发生令人感兴趣的脉冲分裂现象,即一个脉冲信号分裂为两个子脉冲。而且即使在连续光抽运的情况下,走离效应对强脉冲信号的放大也产生了显著影响,即促使两个子脉冲振幅不等以及脉冲漂移。最后,强脉冲信号独特的放大特性用光纤参变放大器的饱和增益特性做了很好的解释,并指出脉冲分裂现象在信号抽样、脉冲压缩、光时分复用系统中有潜在用途。     

Minimization of self-steepening of ultra short higher-order soliton pulse at 40 Gb/s by the optimization of initial frequency chirp

In this paper, the decay of first- and second-order ultra short pulses of the order of 50 fs due to self-steepening (SS) effect has been numerically investigated for a 40 Gb/s optical soliton system including the impact of third-order dispersion (TOD). It has been observed that the prechirp (both positive and negative) in the pulse can counteract the SS effect and improve compensation performance for the distortions .The critical positive prechirp value is found to be 1.4 and the negative prechirp is 1.2, beyond which the soliton pulse is unstable.